Healing Aqua Light...

平成 18年度公立はこだて未来大学卒業論文

Healing Aqua Light— 心地良いLED照明の制作 —

中谷洋輔

情報アーキテクチャ学科 1203120

指導教員迎山和司

提出日 2007年 1月 31日

Healing Aqua Light— making relax lightings with LED —

by

Yosuke NAKAYA

BA Thesis at Future University-Hakodate, 2007

Advisor: Kazushi MUKAIYAMA

Department of Media ArchitectureFuture University - Hakodate

January 2007

Abstract– A Healing Aqua Light is a relax light with LED. This research aims give viewersthe impression that relax.

The role of the lighting was only ”brighten the space” in origin. Because people can work atnight, people hoped to light up a dark space. Japan has been pursuing luminance at this halfa century. As a result, push the lighting switch, it got possible to easily obtain enough light.Now, ”Amount” of the light is easily obtainable. Therefore, ”Quality” of fit light has come togain the attention. It is demanded that lighting make comfortable space devising how to shineon light. This research paid attention to the point where comfortable space was requested. And,I thought to make the lightings that could relax.

The miniaturization of light source and the control of light by the computer are possible inthese days. A typical light source is LED. Because the size is small, amount of LED light areinsufficient, now. However, LED is able to control of the color and brightness. Therefore, Ithought LED makes the light that could relax. Water was paid attention as an auxiliary role ofLED. Water is able to shining on the large range by the diffusion effect of light. And, Water isable to make the subdued light. I thought to show light of LED effectively by using water.

The concept of this research is ”Make the relax lightings with LED”. It was named HealingAqua Light from the relax light by using water. This research aims give viewers the impressionthat relax LED light by control of the color and brightness.

This work made from infrared ray sensor, microcomputer, Full-color LED, board etc. TheLED control of this work is run by the microcomputer. Full-color LED is able to red light, greenlight, blue light by control of LED. And, Full-color LED is able to white light, purple light,yellow light, water light by control of LED. LED is operated by the remote control (RC). Thesignal reception by RC uses the infrared ray sensor.

The design of this work uses the container in water and the lighting part. The container inwater used an acrylic container of the circular cylinder. The lighting part used a steel container.Mounted parts were put in the steel container. This work is able to carry easily and freely set.This is used in the situation that wants to relax in the room.

This work took in the 1/f fluctuation to make relax light. The 1/f fluctuation is comfortablefluctuation. This is a phenomenon seen in the natural world. This work took in the 1/f fluctuationto the blink of LED. There was a problem in the introduction of the 1/f fluctuation. Becausethe microcomputer is a limit of memory capacity, the 1/f fluctuation can not be built into thefunction of remote control.

Viewers were able to feel relax light by the 1/f fluctuation. This work gives viewers the

impression that relaxes. It is thought that this work became a work that gives the relaxation to

viewers.

Keywords: lighting, LED, relax, water

概要: Healing Aqua Light は心地良さを感じることができる LED 照明である。本研究では鑑賞者にリラックスできるような明かりを与える作品を目指した。元来、照明の役割は「明るく照らすこと」だけであった。人々は夜でも活動できることから、暗

い空間を明るくすることを一番に望んでいたのである。日本ではこの半世紀に他の先進諸国にないほどの明るさを追求してきた。その結果、照明スイッチを押すだけで、夜に活動できるだけの十分な光を簡単に手に入れることができるようになったのである。現在は明るく照らす光の「量」が十分に手に入るため、空間や使う人にふさわしい光の「質」に目が向けられるようになってきている。光の照らし方を工夫し快適な空間をつくることが求められるようになったのである。本研究では快適な空間が求められている点に注目し、心地良さを感じることができる照明を制作しようと考えた。最近では照明技術の進歩から光源の小型化やコンピュータによる制御も可能になっている。代

表的な光源が LEDである。現在のところ、LEDは大きさが小さいため光量が十分とは言えない。しかし、LEDは色や明るさを制御することが可能となっている。LEDの色や明るさを制御することで、心地良い光を作りだすことができるのではないかと考え LEDを使用した。LEDは光量が十分ではないので、補助的な役割として水に注目した。水は光の拡散効果によって、広い範囲を照らすことが可能になると共に柔らかい光を演出することが出来る。水を使うことで効果的に LEDの光を見せようと考えた。本作品のコンセプトは「心地良い LED 照明を制作」することである。水を利用して心地良い光

を作り出すことから Healing Aqua Lightと名付けた。本研究では LEDの色や明るさを制御することで鑑賞者に心地良さを感じてもらうことが出来る照明作品を目指す。本作品は赤外線受信センサ、フルカラー LED、マイコン、基板等の電子部品を使用して制作され

た。本作品の LED制御はマイコンにより行われている。基本的にマイコンは出力ピンのON/OFFの信号を出力することで LEDを制御している。本作品ではフルカラー LEDを使用しているため、LED制御によって赤・緑・青の三原色を発光できる。三原色の色を混ぜることによって白・紫・水・黄など、合計七種類の色の表現が可能となっている。LEDの色の切り替えなどの操作はリモコン制御によって行っている。リモコンの信号を受信するために、赤外線受信センサを使用している。本作品のデザインは水の容器と照明部の二つの容器で出来ている。水を入れるための容器は円

柱のアクリル容器を利用した。照明部はスチールの容器を利用した。容器の内部には基板などの実装したものを入れ、上部に空いている穴から LED を出した。コンパクトに作られているため、持ち運びしやすく部屋の中でも好きな場所に置くことができるようになっている。本作品は部屋の中でリラックスしたい状況で使用するのに最適な作品である。利用イメージは部屋を暗くして夜寝る前や、音楽を聞く場合などに使用する。本作品では、心地良い光を作り出すために 1/f ゆらぎを取り入れた。1/f ゆらぎとは不規則さと

規則正しさが調和した心地良いゆらぎである。1/fゆらぎは自然界に非常に普遍的に見られる現象である。また、生体のリズムも 1/f ゆらぎであるため、生体に心地良さなどの快適な感覚を与えてくれる。本作品では LEDの明滅に 1/fゆらぎを取り入れ、心地良い光を作り出した。1/fゆらぎの導入には問題点もあり、現状ではマイコンのメモリ容量を超えてしまうためリモコンの機能に組み込むことができない。

1/fゆらぎの導入には問題点があるが、本作品の 1/fゆらぎによる光を体験した鑑賞者は、多かれ少なかれ心地良いと感じてもらうことができた。本作品は個人差があるものの鑑賞者にリラックスできるような明かりを与える作品になったと考えられる。

キーワード: 照明, LED, 心地良い, 水

Healing Aqua Light

目次

第 1章序論 11.1 背景 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 目的 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

第 2章 LEDと水 22.1 LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2 水 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

第 3章心地良さの表現 43.1 1/fゆらぎ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

第 4章関連研究 64.1 バスパレット . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.2 モエレ沼公園 - 海の噴水 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.3 キャンデラ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

第 5章 Healing Aqua Light 85.1 コンセプト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85.2 実装 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

5.2.1 電池 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85.2.2 電池ケース . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95.2.3 三端子レギュレータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95.2.4 コンデンサ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105.2.5 赤外線受信センサ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105.2.6 オペアンプ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115.2.7 フルカラー LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125.2.8 抵抗器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125.2.9 マイコン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135.2.10 基板 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155.2.11 ピンヘッダ、ピンソケット . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.3 LED制御 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165.4 リモコン制御 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185.5 1/fゆらぎによる制御 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185.6 本体のデザイン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185.7 Healing Aqua Lightの利用イメージ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

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第 6章展覧会 236.1 結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236.2 考察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

第 7章ユーザ評価 257.1 評価方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257.2 評価結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257.3 考察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

第 8章結果と今後の方針 288.1 まとめ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288.2 今後の課題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

付録A 明滅のプログラム 31

付録B リモコン制御のプログラム 33

付録C 1/fゆらぎによる制御のプログラム 41

付録D 回路図 43

付録E PCBE 45

付録 F アンケート 46

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第1章序論

本章では、1.1節で本研究の背景を述べる。1.2節で本研究の目的を述べる。

1.1 背景

元来、照明の役割は「明るく照らすこと」だけであったが、最近は技術の進歩により「快適な明かり」が求められている。照明の一番の役割は明るく照らすことである。人々は夜でも活動できることから、暗い空間を明るくすることを望んでいたのである。電気エネルギーによる照明は 100年ほど前から始まった。[1]日本ではこの半世紀に、他の先進諸国にないほどの明るさを追求してきた。[1]欧米とは違い住宅に蛍光灯が普及したことが物語っている。また、「電気をつける」という言葉にもあるように、電気＝照明とさえ言われてきた。たっぷりと電気がついていることが近代化であり美徳であった。最近では照明スイッチを押すだけで夜に活動できるだけの十分な光を簡単に手に入れることができるようになった。また、照明技術の進歩により光源の小型化やコンピュータによる制御が可能となった。明るく照らす光の「量」が十分得られる現在、空間や使う人にふさわしい光の「質」に目が向けられるようになってきた。光の照らし方を工夫し、光によってしつらえる空間にするなど、快適な空間をつくることが求められるようになったのである。[1]

1.2 目的

本研究では心地良い照明である「Healing Aqua Light」を制作する。「Healing AquaLight」とは鑑賞者にリラックスできるような明かりを与える作品である。本研究では光の色や明るさを制御することで鑑賞者に心地良さを感じてもらうことが出来る照明作品を目指す。

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第2章 LEDと水

本章では、2.1節で LEDについて述べる。2.2節で水について述べる。

2.1 LED

LED とは Light Emitting Diode の略で、日本語では発光ダイオードと呼ばれるものである。LED は大きさが小さいため主照明としての光量は十分ではない。しかし、色や明るさなど光を制御できるため、心地良い光を作り出す光源として適していると考えた。LEDは順方向に電圧を加えた際に発光する半導体素子のことである。[2]

LEDはアノードとカソードの二つの端子がある。LEDには極性があり、カソード側をマイナス、アノード側をプラスとして電流を流したときに発光する。逆に接続すると電流が全く流れないため、発光しない。

図 2.1: LEDの図解

照明としての LEDは、ダウンライトや常夜灯などの間接照明や補助灯として用いられることが多くなっている。現在のところは部屋の中を明るく照らす主照明として使われる段階には至っていない。[4]理由は、指向性が強いため色々な方向を明るく照らすことが難しいからである。また、ひとつだけでは光量が十分ではない。[6]しかし、LEDは優れた面も持っている。LEDの持っている優れた特徴として以下のようなことが挙げられる。

• 白熱灯・蛍光灯などの従来光源に比べて、省電力・長寿命である。

• 小型化が可能なため、設計する上で自由度の高いものが出来る。[3]


Healing Aqua Light

• RGB（光の三原色）の組み合わせで色の表現が自在である。[4]

また、コンピュータによる制御によって LEDの色や明るさを制御することが可能となっている。そのため LEDの明るさや色を制御することで、心地良い光を作り出す光源に適していると考え LEDを使用した。

図 2.2: LED

2.2 水

水は反射・拡散効果により柔らかい光を演出し、少ない光源で広い範囲を照らすことが可能である。まず水の持っている特徴として以下のようなことが挙げられる。

• 波や波紋など形を自由に変えることができる。

• 光の反射や拡散をする。

• LEDによる色のついた光を照らすことで、色を変化させることができる。

光の反射効果により、LEDの数がひとつであっても複数あるように見せることも可能になる。また光の拡散効果によって、広い範囲照らすことが可能になると共に柔らかい光を演出することが出来る。そのため、心地良い光を作り出す補助的な役割を果たしてくれると考えた。


Healing Aqua Light

第3章心地良さの表現

本章では、3.1節で 1/fゆらぎについて述べる。

3.1 1/fゆらぎ

1/fゆらぎとは不規則さと規則正しさが調和した心地良いゆらぎである。1925年に電気的導体に電流を流すとその抵抗値が一定ではなく、不安定にゆらいでいることが発見された。[8] その周波数の強さをグラフ化したパワースペクトルが周波数 fに反比例していたことが「1/fゆらぎ」の名前の由来である。1/fゆらぎの発生メカニズムは、はっきりしていない。しかし、自然界に非常に普遍的に見られる現象であることまでは分かっている。また、生体のリズムも 1/fゆらぎである。このことによって 1/fゆらぎが生体に心地良さなどの快適な感覚を与えてくれる。

図 3.1: ゆらぎのパワースペクトル ([9]より転載)

1/fゆらぎを示すアルゴリズムには、セルラーオートマトン、間欠カオス、1/2階積分法などがある。[7] 本作品では、1/fゆらぎを示すアルゴリズムの中では計算量が少ない間欠カオスを用いた。間欠カオスは次式によって計算される。

X(t)＜ 0.5の時X(t + 1) = X(t) + 2 ∗ X(t) ∗ X(t)

X(t)≧ 0.5の時


Healing Aqua Light

X(t + 1) = X(t) − 2 ∗ (1 − X(t)) ∗ (1 − X(t))

X(t)は、0～1の値を示します。[7]

1/fゆらぎは、ラジオのノイズの「ザー」という音と、メトロノームの規則正しい音との中間にあたる音と考えてもらうと分かりやすい。不規則ではなく、ある程度規則性を持っている心地良いゆらぎである。

1/fゆらぎのゆらぎ方をしているものは、クラシック音楽、そよ風、小川のせせらぎ、ろうそくの炎やホタルの光、生体リズムや木の年輪、星の瞬きなど数多く発見されている。具体的な実装は 5.5節で説明する。


Healing Aqua Light

第4章関連研究

本章では LED と水による照明表現や、癒しの光を表現した関連研究について述べる。4.1節でバスパレットについて述べる。4.2節でモエレ沼公園にある海の噴水について述べる。4.3節でキャンデラについて述べる。

4.1 バスパレット

バスパレットは、バスタブに沈め浴室全体を照らしリラックスできる空間を作り出す商品である。LEDによって 10色以上の色が時間と共に変化し、グラデーションを楽しむことが出来る。水に反射してゆらめく光によって、バスタイムを心地良いものへと演出してくれる。複数個使用することによりさらに明るく、変化を楽しむことが出来る。また、部屋のランプとして利用することも可能となっている。[10]

　

図 4.1: バスパレット ([10]より転載)

　

　

図 4.2: バスパレットのカバーを外した状態([10]より転載)

　

4.2 モエレ沼公園 - 海の噴水

北海道札幌市モエレ沼公園 [11]には「海の噴水」と呼ばれる巨大な噴水がある。海の噴水は夜にライトアップされ、プログラムによって動く迫力のある噴水である。海の噴水はマイアミのベイフロントパークの噴水を参考として造られている。夜間には LEDによって噴水がライトアップされ、プログラムによって様々な変化をする。最大噴き上げ高は 25


Healing Aqua Light

メートルにもなっており、ダイナミックな水の動勢は生命の誕生、宇宙をイメージした表現となっている。[11]

　

図 4.3: 海の噴水 - フォッグ ([11]より転載)

　

　

図 4.4: 海の噴水 -アーチ噴射 ([11]より転載)

　

4.3 キャンデラ

キャンデラはキャンドルのような形をした、ほのかで温かな光を演出する商品である。本物のキャンドルのような優しいはかなげな光を安全に長時間楽しむことが出来る。手のひらサイズで軽く、ワイヤレスなので自由に持ち運びが可能となっている。懐中電灯のように一方向だけを照らすのではなく、周囲 3mぐらいがボンヤリ明るくなる。1本の明るさはロウソク並みの 1ルクスで、寝室や廊下の常夜灯に最適である。[12]

　

図 4.5: キャンデラ ([12]より転載)

　

　

図 4.6: キャンデラの点灯風景 ([12]より転載)

　


Healing Aqua Light

第5章 Healing Aqua Light

本章では本研究で制作した「Healing Aqua Light」について述べる。5.1節でコンセプトにいて述べる。5.2節では実装について述べる。5.3節で LED制御について述べる。5.4節でリモコン制御について述べる。5.5節で 1/fゆらぎによる制御について述べる。5.6節では本体のデザインについて述べる。そして，5.7節では作品の利用イメージについて述べる。

5.1 コンセプト

「Healing Aqua Light」のコンセプトは「心地良い LED照明を制作」することである。本作品は LEDの色や明るさを制御し、水を照らすことで心地良い光を作り出すものである。鑑賞者に心地良い光を体験してもらうことで、リラックス出来る作品を目指した。本作品はリモコンによって電源の点灯・消灯、LEDの色を切り替えることが出来るようになっている。リモコンはあらかじめ信号を解析し、その信号がプログラムされていないと使用することが出来ない。LEDの色は赤・緑・青の光の三原色だけでなく、赤と緑と青の色を混ぜることによって白色も発光可能である。このように赤・緑・青の色を組み合わせによって、合計七種類の光の色を作り出すことを可能とした。明るさは徐々に明るくなり、徐々に暗くなるという明滅を作り出すことが出来る。これにより心地良い光を作り出し、水を照らすことによる柔らかい光がさらなるリラックス効果を持った光を作り出している作品となっている。

5.2 実装

本作品の実装は電池、電池ケース、三端子レギュレータ、コンデンサ、赤外線受信センサ、オペアンプ、フルカラー LED 、抵抗器、マイコン、基板、ピンヘッダ・ピンソケットで構成されている。本作品を構成する電子部品についての説明を以下に述べる。

5.2.1 電池

電池は LED やマイコンなどの電源としての役割を持ち、本作品では単四電池四本を利用した。当初、小さく場所を取らないという理由からコイン形リチウム電池CR2016を使うことを考えていた。しかし容量が少ないため、正常に動作する時間が短いという欠点があった。そこで単四電池四本にすることによって、リチウム電池よりも大きいが、安定した動作を得ることが可能となった。


Healing Aqua Light

5.2.2 電池ケース

電池ケースは単四電池四本を直列接続し、安定した電流を流すことができるため利用した。電池ケースを利用すると、電池がしっかりと固定されるため接触不良を起こす心配がない。また、電池の容量がなくなってしまった場合でも、簡単に交換することができる。安定した動作が出来るとともに故障しにくいという点から電池ケースを利用した。

図 5.1: 電池ケース

5.2.3 三端子レギュレータ

三端子レギュレータは安定した電圧を作る役割を持ち、動作電圧の違う部品を動作させるために利用した。本作品の電源はコンセントから安定した電力が供給されるACアダプタを使うのではない。使い続けることによって徐々に電力が落ちる電池を使用する。そこで、安定した電圧を作る役割の三端子レギュレータを利用する。また本作品で使用する赤外線受信センサとマイコンは動作電圧が違う。赤外線受信センサは５Vで動作し、マイコンは 1.8～3.6Vで動作する。この二つを動作させるために５Vと 3.3Vの電圧を作り出す三端子レギュレータを利用した。三端子レギュレータは Vin（入力端子）、Vout（出力端子）、GND（グラウンド）の三

端子で構成されている。Vinは入力電圧、Voutは出力電圧を意味する。また、GNDはGROUNDの略称で、接地（アース）を意味する。[16] GNDは電圧の基準となるもので、電池の場合はマイナス側となる。本作品の出力電圧が 5Vの三端子レギュレータの場合、電池から約 6Vの電圧がVinに入力され、5Vの電圧がVoutから出力される。同様に出力電圧が 3.3Vの三端子レギュレータの場合、5Vの電圧がVinに入力され、3.3Vの電圧がVoutから出力される。発振防止のために Vinと GND,Voutと GNDの間にそれぞれコンデンサを接続している。コンデンサについては 5.2.4節で詳しく説明する。


Healing Aqua Light

図 5.2: 三端子レギュレータ

5.2.4 コンデンサ

コンデンサは電気を貯める働きを持った部品である。[20]コンデンサにはアルミ電解コンデンサやセラミックコンデンサがある。本作品では極性のないセラミックコンデンサを利用した。コンデンサは三端子レギュレータの安定した電圧を作り出す補助的な役割として利用した。

図 5.3: コンデンサ

5.2.5 赤外線受信センサ

赤外線受信センサはリモコン制御のために必要で、リモコンによる信号を受信しマイコンにその信号を送るために利用した。赤外線受信センサは受信中心周波数が 38kHzであれば、家庭用リモコンの信号を受信することができる。赤外線受信センサは、VCC（入力端子）、Vout（出力端子）、GND（グラウンド）の三

端子で構成されている。VCCは電源電圧を意味する。本研究で使用した赤外線受信センサは、通常 5Vの電圧を出している。リモコンによる信号を受信すると電圧が約 3V程度まで下がったり、5Vまで上がったりを繰り返す。この周期はリモコンのメーカーやボタンの種類によって違う。周期の違いをマイコンが判別することで、リモコン制御しているのである。


Healing Aqua Light

図 5.4: 赤外線受信センサ

5.2.6 オペアンプ

オペアンプは電圧を反転させる役割を持ち、リモコンの信号をマイコンへと伝えやすくするために利用した。赤外線受信センサはリモコンからの信号を受信していない場合、5Vの電圧を出力する。リモコンからの信号を受信した場合、約 3～4.5V程度に電圧が下がるようになっている。0V まで電圧が下がることがないため、そのままマイコンに信号を送ったとしても信号の判別が難しい。そこでオペアンプによって電圧を反転させることで、信号を判別しやすくした。オペアンプを利用すると、赤外線受信センサが信号を受信していない場合 0V になる。信号を受信した場合、約 0.5～2V の電圧になる。オペアンプを利用することで、マイコンがリモコンの信号を判別しやすくなるのである。オペアンプは、VCC（入力端子）、Vout Aと B（出力端子）、GND（グラウンド）、

INVERTING INPUT Aと B（入力端子）、NON-INVERTING INPUT Aと B（入力端子）の 8ピンで構成されている。INVERTING INPUTは反転入力の意味で、入力のプラス方向とマイナス方向を反転させて入力することである。NON-INVERTING INPUTは非反転入力の意味で、反転させずにそのまま入力することである。Aと Bの違いはなく、Aと Bそれぞれが独立して動作できる。本作品ではAのみを使用した。本作品では VCCに 5V、INVERTING INPUT Aに赤外線受信センサの Vout、NON-

INVERTING INPUT Aに 3.3Vを入力している。出力は約 0.5～2V の電圧がVout Aから出力される。

図 5.5: オペアンプ


Healing Aqua Light

図 5.6: オペアンプの構成図

5.2.7 フルカラーLED

フルカラー LED は赤・緑・青の光を出す光源で、色を変化させ心地良い光を作り出す光源として利用した。通常の LEDは一色しか発光できない。しかし、フルカラー LEDは赤・緑・青の三原色を発光できる。また三原色の色を混ぜることによって白・紫・水・黄など、合計七種類の色の表現が可能となっている。フルカラー LEDの足は四本あり、一つは一番長い足のGNDである。他の三つは赤・緑・青の VCCである。電圧を与え方によって、色を変化させることが出来るのである。

図 5.7: フルカラー LED

5.2.8 抵抗器

抵抗器は電圧、電流を制御する部品である。[20]LEDは必要以上の電圧を与えると、大電流が流れ LEDが破壊されてしまう。本作品では LEDの破壊を防ぐために抵抗器を利用した。本作品の場合、フルカラー LEDの赤色のVCCと 100Ω、緑と青のVCCと 0Ωの抵抗器を接続した。


Healing Aqua Light

図 5.8: 抵抗器

5.2.9 マイコン

マイコンとはマイクロコンピュータの略で、超小型のコンピュータのことである。マイコンは LED の制御やリモコンによる信号の判別するための装置として利用した。本作品は開発ツールに eZ430-F2013 を、プログラミング言語に C 言語を用いて制作した。マイコンはMSP430F2013を使用し、本作品の LED制御やリモコンの信号判別などの役割を持っている。マイコンの持っている優れた特徴として以下のようなことが挙げられる。

• 小さいのが特徴で、１個 600円程度と安価である。

• プログラムは何度でも書き換えることが可能である。

マイコンができることは、外部からのON/OFFの信号を読み取り、書き込んだプログラムによって何らかの計算をして、外部に ON/OFFの信号を出力するだけである。[13]本作品では赤外線受信センサの信号を読み、判別して、LEDの色や明るさを変える処理をしている。マイコンは 14ピンあり、主にVCC（入力端子）、P1.0～P1.7ピン（入出力端子）、GND

（グラウンド）で構成されている。マイコンの動作電圧は 1.8～3.6Vであり、本作品では3.3Vの入力電圧としている。本作品は LEDを点灯させるための出力端子として P1.0～P1.5ピンを使用している。また、赤外線受信センサからの信号を受け取る入力端子としてP1.6ピンを使用している。


Healing Aqua Light

　

図 5.9: マイコン

　

　

図 5.10: マイコンの構成図

　

マイコンへの書き込み

マイコンへの書き込みは eZ430-F2013 にマイコンを接続して行った。マイコンは、ピンとピンとの間が 0.65mm(0.65ｍｍピッチと呼ぶ)と書き込みが非常に困難となっている。そこで、変換基板を利用した。変換基板については 5.2.10節で詳しく紹介する。マイコンを変換基板に半田付けする作業も、隣のピンと半田がブリッジしてはいけないため難しい。フラックスというはんだ付けで用いられる融剤を使うことで、隣とブリッジせずに半田付け出来るようになる。マイコンに変換基板を半田付けすることで eZ430-F2013にマイコンを接続し、書き込みできるようになる。eZ430-F2013とマイコンへの接続は図 5.12に示す。

　

図 5.11: マイコンと変換基板

　

　

図 5.12: マイコンへの接続

　


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5.2.10 基板

基板とは電子部品を実装する板で、配線を行うための部品の一つである。本作品では、変換基板とプリント基板の二種類の基板を用いた。

変換基板

変換基板は、マイコンの書き込み等の利用を容易にするために用いた。5.2.9節でも紹介したように、本作品のマイコンは 0.65mmピッチとなっている。そのままの状態では、各ピンを分けて配線することは非常に困難である。変換基板にマイコンを半田付けすると、2.54mmピッチとして使用することができる。変換基板を利用してピンとピンの間隔が大きくすると、配線が容易になる。

図 5.13: 変換基板

プリント基板

プリント基板は部品を挿す穴や配線が用意されており、簡単に実装できる基板である。本作品では、自ら設計したプリント基板を制作し利用した。プリント基板の持っている優れた特徴として以下のようなことが挙げられる。[14]

• 短時間で組み立てが可能である。

• 同じ回路を何枚でも同じ品質で作ることができる。

• コンパクトにできる。

プリント基板の制作するために、PCBE[17]という無料のソフトウェアを利用した。本研究のために制作した PCBEの設計図は付録 Eに示す。

PCBEのデータを利用し、基板加工機で本作品の基板を制作した。


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図 5.14: プリント基板

5.2.11 ピンヘッダ、ピンソケット

ピンヘッダとピンソケットは組み合わせることで、簡単に通電させることができる部品である。通常、通電させるために半田付けして固定させる。しかし、マイコンのように動作させる場合と書き込む場合で、別々の装置を利用しなければいけない場合がある。そのような場合に、半田付けでは取り外しに大変手間がかかる。ピンヘッダとピンソケットを利用すると簡単に抜き差しが可能となり、簡単に通電させることができるようになる。本作品ではマイコンにピンヘッダ、基板にピンソケットを使用した。

　

図 5.15: ピンヘッダ

　

　

図 5.16: ピンソケット

　

5.3 LED制御

本作品では、マイコンにより LED を制御し心地良い光を作り出した。LED の制御とは、LEDの点灯と消灯だけを示すわけではない。LEDの色や明るさを変化させることもLEDの制御である。LED制御のための構成として、電源とマイコンとフルカラー LEDで構成されている。

LED 制御はほとんどマイコンのプログラムによって行っている。LEDの点灯・消灯を行うためのマイコンの出力ピンはON/OFF の信号を出力するだけである。プログラムで


Healing Aqua Light

入出力ピンの状態を区別できるのは”0”か”1”しかない。[20]”0”の場合が OFF、”1”の場合がONである。マイコンは 8ビットのデータメモリの各ビットが入出力ピンに対応している。

図 5.17: 入出力ピンの対応図

LEDの点灯・消灯は 8 ビットの 2進数を 10進数に変換する。変換した数値は P1OUTに代入した式をプログラムに書くとよい。つまり、P1.0 ピンと繋がれている LED を点灯させるには

P1OUT = 1;

というプログラムを書き、消灯させるためには

P1OUT = 0;

とする。

P1OUT = 2;

とすれば 2進数では 10なので図 5.17のとおり P1.1ピンと繋がっている LED を点灯させることができる。これを利用して、本作品ではフルカラー LEDの赤を P1.0・P1.5ピン、青をP1.1・P1.4ピン、緑をP1.2・P1.3ピンに接続することで、LEDの色を制御できるようにした。

LEDの点灯状況を反転させるためには、8 ビットの 2進数を 16進数に変換する。変換した数値を P1OUTにXOR演算子 (^)によって反転させるプログラムを書くとよい。16進数の数値をプログラムに書く場合、数値の前に 0xをつけて書く必要がある。P1.0 ピンと繋がれている LED をON/OFF を繰り返すためには

P1OUT ^= 0x01;

というプログラムを書く。以前のビット数値をXOR演算子 (^)によって反転させるのでループさせることでON/OFF が繰り返される。LEDの反転を利用したPWM制御という方法を用いると、明るさを制御することが出来る。[18] PWMとは Pulse Width Modulationの略でパルス幅変調の意味である。PWM制御とはON/OFFの比率を変えて制御することである。[19] つまり、LEDを素早く点滅させ、発光時間の長さを変えることによって、見た目の明るさを変化させる仕組みである。[18]付録Aに詳細な明滅のプログラムを載せる。


Healing Aqua Light

5.4 リモコン制御

本作品では、リモコンにより LED の色の変化を制御した。リモコンの制御は、リモコンのボタンを押すことで LEDの色を変えるという遠隔操作を可能にさせることである。リモコンの信号を受信するためには赤外線受信センサが必要となる。リモコン制御は赤外線受信センサによって信号を受信し、その信号をマイコンが判別して、LEDの色や明るさを変える処理をしている。リモコン制御で重要なのがリモコンの信号を判別することである。信号の判別はマイコンのプログラムによって行っている。H8マイコンで作られたプログラム [15]を参考にMSP430に適したプログラムに変更してリモコン制御可能とした。付録 Bに詳細なリモコン制御のプログラムを載せる。

5.5 1/fゆらぎによる制御

本作品では、LED の明滅に 1/f ゆらぎを取り入れることで心地良い光を作り出した。1/ｆゆらぎによる制御は 3.1節で紹介した間欠カオスの式をプログラムに導入することである。LEDの明滅は 5.3節で紹介した付録Aのプログラムを利用する。本作品では 1/fゆらぎを制御するプログラムとして

if(x<0.5){

y=x+2*x*x;

}else if(x>=0.5){

y=x-2*(1-x)*(1-x);

}

a=80+300*y;

x=y;

という式を使った。1/fゆらぎによる制御を導入すると、マイコンのメモリ容量が不足するためランダムに色を変えることやリモコンによる制御ができない。現状では 1/fゆらぎによる制御された光を見せる場合と、リモコンによる制御する場合とで使い分けなければいけない。付録 Cに詳細な 1/fゆらぎによる制御のプログラムを載せる。

5.6 本体のデザイン

本体のデザインは LEDを光らせる照明部と LEDの光が照らされる水が入った容器の二つの構成で作られている。

水の容器

水を入れるための容器は円柱のアクリル容器を利用した。水の照らし方は、水の中や上から照らすよりも拡散や反射効果が活かされると感じた下から照らすこととした。下から


Healing Aqua Light

照らすことで、赤外線受信センサもリモコンの信号を受信しやすくなるというメリットも生まれる。水の入ったアクリル容器の下から LEDで照らすと、光源である LEDが目立ってしまう。容器の底にトレーシングペーパーを沈めると、光源の目立った光が拡散し問題がなくなった。トレーシングペーパーだけでは、水の中で少し浮いてしまうためデスクマットを上から押さえつけることで問題は解消された。さらに光の反射効果を得るために氷のような形をしたアクリルを入れることでどの角度から見ても同じような光の強さで見られるようになった。

　

図 5.18: トレーシングペーパーを敷いた水の容器

　

　

図 5.19: 氷の形をしたアクリルを入れた水の容器

　

照明部

照明部はスチールの容器を利用した。容器の内部には基板などの実装したものを入れ、上部に空いている穴から LEDを出した。内部はぎりぎり入る大きさとなっており、基板をふたつに分けなければ入らないようになっている。また、スイッチや三端子レギュレータも幅をとってしまうため、導線で延長して余っている隙間に入れている。LEDは上部に空いている穴から出し、ユニバーサル基板によって固定した。赤外線受信センサも信号を受信しやすくするため上部の穴から出している。


Healing Aqua Light

　

図 5.20: スチール容器の上部

　

　

図 5.21: スチール容器の裏面

　

全体像

本作品は照明部を下に置き、照明部の上に水の容器を置いている。コンパクトに作られているため、部屋の中でも好きな場所に置くことができるようになっている。また、コンピュータとの接続やACアダプタなどのコンセントを必要としないため、持ち運びしやすく色んな場所に置くことが可能である。

　

図 5.22: 照明部と水の入った容器

　

　

図 5.23: 全体像

　

5.7 Healing Aqua Lightの利用イメージ

「Healing Aqua Light」は、リラックスしたい時に部屋を暗くして使用する。本作品は光の「量」ではなく、光の「質」を重視しているため、暗い空間で使用する。また、部屋の中でリラックスしたい状況で使用するのに最適な作品となっている。本作品の利用イメー


Healing Aqua Light

ジの例を二つ紹介する。一つ目は寝る前に部屋の電気を消して、「Healing Aqua Light」を点灯させる場合である。寝る前に使用することで、眠気を誘い快適な睡眠が出来るようになっている。二つ目は部屋の中で音楽を聴く場合に「Healing Aqua Light」を点灯させる場合である。この場合も部屋の電気は消して使用する。その人の環境によって部屋の状況は違うが部屋がある程度広い場合、複数使用することでより快適空間を作り出すことが出来る。適度な明かりの空間を作り出すことで、音楽だけに集中できリラックスすることが出来るようになっている。

図 5.24: 利用イメージ 1


Healing Aqua Light

図 5.25: 利用イメージ 2


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第6章展覧会

2006年 11月 27日から 12月 1日まで公立はこだて未来大学 3階ミュージアムにて研究室展覧会「アートコンピューティング」を開催した。本章では、展覧会で実際に「HelingAqua Light」を鑑賞者に体験してもらった結果を述べる。6.1節で本作品を鑑賞者 9 名に体験してもらった結果を述べる。6.2節で 6.1節の考察を述べる。

6.1 結果

本作品を鑑賞者 9 名に体験してもらった結果、きれいだと感じてもらうことができた反面、心地良さに疑問を感じる人もいた。展覧会では、実際にリモコンを操作して LEDの色を変化させたり、グラデーションのように色が変化したりする作品を体験してもらった。本作品はリモコンで LEDを点灯・消灯させることができるが、一度 LEDを消灯させてしまうとリモコンを近づけないと点灯させることができない。展覧会では鑑賞者が点灯させることが出来ないという問題が起きてしまうことを避けるために、常時点灯した状態で展示していた。

図 6.1: 展覧会風景

本作品は展覧会期間中に鑑賞者 9名に体験してもらった。


Healing Aqua Light

• 部屋で使ってみたい。

• 持ち運べるのがいい。

• とてもきれい。

という良い評価を得ることができた。しかし、

• なぜ心地良いのか？

という心地良さについて疑問を感じる鑑賞者もいた。

6.2 考察

6.1節の結果で、心地良さに疑問を感じたのは心地良い効果を生むための根拠を示せなかったことが考えられる。根拠を示すために、心地良いと言われている 1/fゆらぎによる制御された光を導入する必要がある。また、1/fゆらぎによる制御された光を含むいくつかの点灯パターンを見て、評価し検証する必要があると考えた。「部屋で使ってみたい」や「持ち運べるのがいい」という評価は、本作品を作る上で意識していた点なので思い通りできた部分と言える。「とてもきれい」という評価は、LEDの実装部分をコンパクトにし、水に照らされる光を上手く見せることができた点が評価されたと考えられる。


Healing Aqua Light

第7章ユーザ評価

被験者 10名に 4種類の点灯パターンを見てもらい、心地良さが感じられるかどうかをアンケート（付録 F 参照）で実施した。点灯パターンを見てもらった後、リモコンで色を変えられる照明についての評価も行った。

7.1節で評価方法について述べる。7.2節で本作品を被験者 10名に見てもらった結果を述べる。7.3節で 7.2節の考察を述べる。

7.1 評価方法

アンケート項目は 6つあり、前半 4つは心地良さの評価、後半 2つは本作品の評価を行った。「Heling Aqua Light」は暗い空間で使用することを想定しているため、場所は暗くした研究室裏の部屋で行った。点灯パターンは、

• 何も変化しない

• 点滅

• 規則正しく明滅

• 1/fゆらぎを取り入れた明滅

の 4 種類で行った。評価は 5 段階評価で、被験者が感じた項目に丸をつけてもらった。「Heling Aqua Light」をリモコンで操作することや、1/fゆらぎの明滅の機能についての妥当性を検証するために、後半 2つの項目で評価を行った。

7.2 評価結果

図 7.1に心地よさの評価結果、図 7.2に本作品の評価結果を示す。


Healing Aqua Light

図 7.1: 心地良さの評価

図 7.2: 本作品の評価


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7.3 考察

7.2節の結果から、「心地よさの評価」と「本作品の評価」の二つに分けて考察する。

心地良さの評価

点灯パターンを見てもらった中でわかりやすい結果が出たのが点滅である。点滅は 4種類の中で被験者全員が最低の評価を出している。点滅は点灯・消灯の変化が激しいため、刺激が強すぎることが不快に感じる理由だと考えられる。何も変化しない、規則正しく明滅、1/fゆらぎによる明滅の 3種類は大きな差は見られなかった。人の好みによる部分もあると考えられる。しかし 1/fゆらぎによる明滅の評価（図）を見てみると、やや心地良い以上の評価しかないことがわかる。この結果から考えられるのは、すべての人が一番心地良く感じられる光とは言えないものの、ほとんどの人が多かれ少なかれ心地良いと感じてもらうことができる光と言えるだろう。

本作品の評価

図の結果からわかるように、多くの人がリモコンによって色を変えたりできる「HelingAqua Light」が良いと感じてもらえた。また、1/fゆらぎによる明滅する機能も追加されたほうが良いということがわかった。現状では、リモコンで LEDの色を変える機能と 1/fゆらぎによる明滅する機能の両立はできていない。しかし今回の評価から何らかの方法で、リモコン操作によって 1/fゆらぎによる明滅や色を変えられるようにできれば良いと考えた。


Healing Aqua Light

第8章結果と今後の方針

8.1節で本作品のまとめを述べる。8.2節で本作品の今後の展開を述べる。

8.1 まとめ

本研究の目的は鑑賞者が心地良いと感じることができる作品を制作することである。本作品は LEDの光を水に照らすことで、柔らかな光を出す作品となっている。操作はリモコンによって LEDの点灯・消灯、色を切り替えられるようになっている。また、リモコンの機能に組み込めていないものの、1/fゆらぎによる制御された光を作り出せる作品である。本作品は部屋の中であれば、ほとんど環境に左右されずに使用できる。また、持ち運びが簡単にできるようになっているため、設置に苦労することはない。本体のデザインについてはきれいだと感じてもらうことができた。他にも部屋で使いたいと思ってもらうこともできているため、本体のデザインについてはほとんど完成されているといえる。しかし、本作品は 1/fゆらぎによる制御された光が、リモコンの機能に組み込めていな

い点に問題があるといえる。7.2節の結果からもわかったように、1/fゆらぎによる制御された光は多くの人に心地良さを与えられることがわかった。また、リモコンの機能に組み込めたら良いという結果も出ている。多くの人に満足してもらえる作品とするためには、1/fゆらぎによる制御された光を、リモコンの機能に組み込むことが今後の課題と言える。

8.2 今後の課題

本作品は、1/fゆらぎによる制御された光をリモコンで制御することができない。1/fゆらぎによる制御もリモコンによる制御もマイコンで行っている。マイコンが無限の容量を持っていれば理論的には実現可能である。しかし本作品で使用したマイコンには限界があり、容量の限界を超えてしまうために 1/fゆらぎによる制御された光とリモコン制御の機能の両立が出来ない。問題の解決策としては、コンピュータと接続し、コンピュータ内でプログラムの処理を行うことで解決できると考えられる。しかし、本作品の良さであった持ち運びや部屋で使うことを考えると、良い解決策だとはいえない。最良の解決策は本作品で使用したマイコンよりも大容量のマイコンを使うことである。しかし、実際に試してみないと動作するかわからない点やプログラムの仕様の変更を求められる可能性もあり、解決には時間がかかると考えられる。


Healing Aqua Light

謝辞

本研究を進めるにあたり、ご指導頂いた迎山和司助教授 (公立はこだて未来大学) に深く感謝致します。日頃から本研究に多くの助言を頂いた迎山研究室の、櫻庭翼さん、加藤瑞樹さん、中村俊介さん、芳賀匡平さん、古川千尋さん、宮腰麻知子さんに感謝の意を表します。最後に、研究室展覧会「アートコンピューティング」やユーザ評価のために本作品を実際に体験してくださり、様々な助言を頂いた多くの皆様に感謝いたします。


Healing Aqua Light

参考文献

[1] 中島龍興,近田玲子,面出薫: 照明デザイン入門, 1995.

[2] 発光ダイオード - Wikipedia, http://ja.wikipedia.org/wiki/

[3] JLEDS - LEDの特徴, http://www.led.or.jp/about/features.htm

[4] LEDの現状と将来, http://plusd.itmedia.co.jp/lifestyle/articles/0503/03/news025.html

[5] LED（発光ダイオード）, http://www.cypress.ne.jp/f-morita/parts/di/led.html

[6] 持ち運びできる明かり, http://www.muji.net/community/

[7] 1/fゆらぎとは, http://www.tounichi-g.co.jp/

[8] ゆらぎ研究所, http://www.bfl.co.jp/yuragi/main.html

[9] 1/f庭ゆらぎ, http://takasho.jp/goods/lighting/yuragi.html

[10] 癒しのバスタイムを演出するバスパレット, http://www.nodaya-net.com/bathpalette.htm

[11] モエレ沼公園, http://www.sapporo-park.or.jp/moere/

[12] 癒しのインテリアライトキャンデラ, http://www.rakuten.co.jp/ikoi/619468/619469/608313/

[13] マイコンを使ってみよう, http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/37/37331.htm

[14] プリント基板とは, http://www.hobby-elec.org/pwbm1.htm

[15] 赤外線リモコンの利用, http://www.sendai-ct.ac.jp/ ckuma/micom/3048/ir.html

[16] アスキーデジタル用語辞典-GND, http://yougo.ascii24.com/gh/16/001679.html

[17] vector-プリント基板エディタ, http://www.vector.co.jp/soft/win95/business/se056371.html

[18] workshop, http://www.vector-scan.com/workshop/TTL/11/index.shtml

[19] PWMとは, http://www5.ocn.ne.jp/ u263/robo/PWM.html

[20] 後閑哲也: 作る、できる　電子工作入門, 2005.


Healing Aqua Light

付録A 明滅のプログラム

#include "msp430x20x1.h"

void main(void)

{

WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; // Stop watchdog timer

P1DIR |= 0x3f; // Set P1.0 to output direction

P1OUT = 0;

for (;;)

{

volatile unsigned int i,n,j; // volatile to prevent optimization

//段々明るくなるfor(n = 5; n < 110; n++){

for(j = 0; j < 6; j++){

P1OUT ^= 0x12;

i = n;

do i--;

while (i != 0);

P1OUT ^= 0x12;

i = 100;

do i--;

while (i != 0);

}

}

P1OUT ^= 0x12;

i = 150;

do i--;

while (i != 0);


Healing Aqua Light

//段々暗くなるfor(n = 100; n > 0; n--){

for(j = 0; j < 6; j++){

P1OUT ^= 0x12;

i = 100;

do i--;

while (i != 0);

P1OUT ^= 0x12;

i = n;

do i--;

while (i != 0);

}

}

P1OUT ^= 0x12;

i = 150;

do i--;

while (i != 0);

}

}


Healing Aqua Light

付録B リモコン制御のプログラム


#define Ir_On 1

#define Ir_Off 0

#define Signal_Length 32

#define Time_Leader 40

#define TimeOut_Leader 2000

#define TimeOut 100

#define Time_Threshold 20

/* constant */

#define ERROR 0xffffffff

void disp_data( void );

void ir_rcv( void );

unsigned int irwait( unsigned char, unsigned int );

unsigned long rdat; /* must be global value */

void main( void )

{



P1OUT = 0;

volatile unsigned int i,t=0,j=0, count, no_rcv,count1;

volatile unsigned int a,b,c,d; // volatile to prevent optimization

unsigned long copy;

rdat = 0; /* clear */

no_rcv = 0;

copy=0;

while((rdat==0)||(rdat==ERROR)){

rdat=0;


Healing Aqua Light

while((rdat==0)||(rdat==ERROR)){

count=0;

rdat=0;

if((P1IN&0x40)!=0 && rdat==0){

while((P1IN&0x40)!=0){

t++;

if(t==3){

t=0;

count++;

}

if(count>2) break;

}

if(count>2){

ir_rcv();

no_rcv=0;

}

}

}

if( (rdat!=0)||(rdat!=ERROR) ){ /* >about 1s for display */

if((rdat!=0)&&(rdat!=ERROR)&&(rdat!=0x11111111)){

copy=rdat;

}

if((rdat!=0)&&(rdat!=ERROR)&&(rdat==0x11111111)){

rdat=copy;

}

no_rcv = 0;

if(copy==0x0cf300ff) {//電源count1=0;

P1OUT = 63;

}

if(copy==0x0cf3906f) {//右count1=0;

P1OUT = 33;

}

if(copy==0x0cf35aa5) {//下count1=0;

P1OUT =18;

}


Healing Aqua Light

if(copy==0x0cf350af) {//左count1=0;

P1OUT = 12;

}

if(copy==0x0cf3d02f) {//消音＋count1++;

P1OUT = 51;

if(count1>=5){

P1OUT = 0;

count1=0;

}

}

if(copy==0x0cf310ef) {//オフタイムcount1=0;

P1OUT = 30;

}

if(copy==0x0cf3a05f) {//入力切替count1=0;

P1OUT = 45;

}

if(copy==0x0cf39a65) {//Ａcount1=0;

//赤色が段々明るくなるfor(b = 5; b < 110; b++){

for(c = 0; c < 6; c++){

P1OUT ^= 0x21;

a = b;

do a--;

while (a != 0);

P1OUT ^= 0x21;

a = 100;

do a--;

while (a != 0);

}

}

P1OUT ^= 0x21;

a = 150;

do a--;


Healing Aqua Light

while (a != 0);

//赤色が段々暗くなるfor(b = 100; b > 0; b--){

for(c = 0; c < 6; c++){

P1OUT ^= 0x21;

a = 100;

do a--;

while (a != 0);

P1OUT ^= 0x21;

a = b;

do a--;

while (a != 0);

}

}

P1OUT ^= 0x21;

a = 150;

do a--;

while (a != 0);

//青色が段々明るくなるfor(b = 5; b < 110; b++){

for(c = 0; c < 6; c++){

P1OUT ^= 0x12;

a = b;

do a--;

while (a != 0);

P1OUT ^= 0x12;

a = 100;

do a--;

while (a != 0);

}

}

P1OUT ^= 0x12;

a = 150;

do a--;

while (a != 0);


Healing Aqua Light

//青色が段々暗くなるfor(b = 100; b > 0; b--){

for(c = 0; c < 6; c++){

P1OUT ^= 0x12;

a = 100;

do a--;

while (a != 0);

P1OUT ^= 0x12;

a = b;

do a--;

while (a != 0);

}

}

P1OUT ^= 0x12;

a = 150;

do a--;

while (a != 0);

//緑色が段々明るくなるfor(b = 5; b < 110; b++){

for(c = 0; c < 6; c++){

P1OUT ^= 0x0C;

a = b;

do a--;

while (a != 0);

P1OUT ^= 0x0C;

a = 100;

do a--;

while (a != 0);

}

}

P1OUT ^= 0x0C;

a = 150;

do a--;

while (a != 0);

//緑色が段々暗くなるfor(b = 100; b > 0; b--){


Healing Aqua Light

for(c = 0; c < 6; c++){

P1OUT ^= 0x0C;

a = 100;

do a--;

while (a != 0);

P1OUT ^= 0x0C;

a = b;

do a--;

while (a != 0);

}

}

P1OUT ^= 0x0C;

a = 150;

do a--;

while (a != 0);

}

rdat=0;

}

}

}

/***** IR recieve function *****/

void ir_rcv( void )

{

unsigned int i, count,flag=0;

/* sense leader */

while( 1 ){ /* wait leader */

if( (P1IN&0x40)!=0 ){

count = irwait( Ir_On, TimeOut_Leader );

/* >=Time_Leader then leader */

if( count >= Time_Leader ) break;

if( count > TimeOut_Leader ){ /* time out */

rdat = ERROR; return; }

}

if( (P1IN&0x40)==0 ){ /* no signal? */


Healing Aqua Light

count = irwait( Ir_Off, TimeOut_Leader );


rdat = ERROR; return;

}

}

}

count = irwait( Ir_Off, TimeOut_Leader ); /* wait delimiter */



if((count<80)&&(count>40)){

flag=1;

}

/* recieve data */

rdat = 0;

for( i=0; i<Signal_Length; i++ ){

count = irwait( Ir_On, TimeOut ); /* delimiter skip */

if( count > TimeOut ){ /* time out */


count = irwait( Ir_Off, TimeOut ); /* width count */

if( count > TimeOut ){ /* time out */

if((flag==1)&&(i==0)){

rdat = 0x11111111; return; /*リピート信号*/

}else{

rdat = ERROR; return;

}

}

/* >Time_Threshold then 1 */

if( count > Time_Threshold ) rdat = (rdat <<1) + 1;

else rdat = rdat <<1; /* small then 0 */

}

}

unsigned int irwait( unsigned char on_off, unsigned int timeout )

{

unsigned int count,t;

count = 0;

t=0;


Healing Aqua Light

if(on_off == 1){

while( (P1IN&0x40)!=0 ){

t++;

if( t==3 ){

t = 0;

count++;

}

if( count > timeout ) return( count ); /* time out */

}

}else if(on_off == 0){

while( (P1IN&0x40)==0 ){

t++;

if( t==3 ){

t = 0;

count++;

}

if( count > timeout ) return( count ); /* time out */

}

}

return( count );

}


Healing Aqua Light

付録C 1/fゆらぎによる制御のプログラム


#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

void main(void)

{



P1OUT = 0;

double x=0.3,y=0;

for (;;)

{

volatile unsigned int i,b,c,n,j,a; // volatile to prevent optimization

if(x<0.5){

y=x+2*x*x;

}else if(x>=0.5){

y=x-2*(1-x)*(1-x);

}

a=80+300*y;

x=y;

//段々明るくなるfor(n = 50; n < 110; n++){

for(j = 0; j < 6; j++){

P1OUT ^= 0x12;

i = n;

do i--;

while (i != 0);

P1OUT ^= 0x12;


Healing Aqua Light

i = a;

do i--;

while (i != 0);

}

}

P1OUT ^= 0x12;

i = 150;

do i--;

while (i != 0);

//段々暗くなるfor(n = 100; n > 50; n--){

for(j = 0; j < 6; j++){

P1OUT ^= 0x12;

i = a;

do i--;

while (i != 0);

P1OUT ^= 0x12;

i = n;

do i--;

while (i != 0);

}

}

P1OUT ^= 0x12;

i = 150;

do i--;

while (i != 0);

}

}


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付録D 回路図

図 D.1: 回路図


Healing Aqua Light

部品番号品名機能型番数量

U1 三端子レギュレータ (5V) NJU7223F50 1U2 三端子レギュレータ (3.3V) NJU7223F33 1U3 赤外線受信センサ PL-IRM0101-3 1U4 マイコン MSP430F2013 1

R1,R6 抵抗器 (茶黒茶金) 100Ω 1/6W 各 1R2,R3,R4,R5 抵抗器 (黒) 0Ω 1/6W 各 1C1,C2,C3,C4 セラミックコンデンサ 0.1μ F 各 1LED1,LED2 フルカラー LED OSTA-5131A 各 1OP-AMP オペアンプ LM358N 各 1

SW1 トグルスイッチ 3P 1BT1 電池単四電池 4本 1その他変換基板 NKN-B02 1

プリント基板サンハヤト銅張積層板 (カット基板) 34 1

表 D.1: 使用部品一覧表


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付録E PCBE

図 E.1: 基板設計図


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付録F アンケート

卒業研究アンケート

公立はこだて未来大学システム情報科学部　情報アーキテクチャ学科　 4年

迎山研究室　中谷洋輔

私は「心地良い LED照明の制作」というテーマで卒業研究を行っています。今回皆さんの意見をお聞きしたく、私が制作したシステムについてアンケートさせていただくことになりました。どうかご協力お願いします。アンケートの結果は本目的以外には使用いたしません。

設問１　変化なく点灯している照明は心地良く感じましたか？　　 1心地良く感じた　　 2.やや心地良く感じた　　 3.ふつう　　 4.やや不快に感じた　　 5.不快に感じた

設問２　点滅している照明は心地良く感じましたか？　　 1心地良く感じた　　 2.やや心地良く感じた　　 3.ふつう　　 4.やや不快に感じた　　 5.不快に感じた

設問３　規則正しく明滅している照明は心地良く感じましたか？　　 1心地良く感じた　　 2.やや心地良く感じた　　 3.ふつう　　 4.やや不快に感じた　　 5.不快に感じた

設問４　 1/fゆらぎを取り入れて明滅している照明は心地良く感じましたか？　　 1心地良く感じた　　 2.やや心地良く感じた


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　　 3.ふつう　　 4.やや不快に感じた　　 5.不快に感じた

設問５　リモコンで電源の ON/OFFや LEDの色を変える事ができる照明をどう感じますか？　　 1.良い　　 2.やや良い　　 3.どちらとも言えない　　 4.やや悪い　　 5.悪い

設問６　リモコンの機能に 1/fゆらぎの明滅（質問４）の機能が追加されたらどう感じますか？　　 1.良い　　 2.やや良い　　 3.どちらとも言えない　　 4.やや悪い　　 5.悪い

その他　感想や気付いた点、意見などがあればお願いします。

以上、ご協力ありがとうございました。


Healing Aqua Light

図目次

2.1 LEDの図解 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2 LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

3.1 ゆらぎのパワースペクトル ([9]より転載) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

4.1 バスパレット ([10]より転載) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.2 バスパレットのカバーを外した状態 ([10]より転載) . . . . . . . . . . . . . 64.3 海の噴水 - フォッグ ([11]より転載) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.4 海の噴水 - アーチ噴射 ([11]より転載) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.5 キャンデラ ([12]より転載) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.6 キャンデラの点灯風景 ([12]より転載) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

5.1 電池ケース . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95.2 三端子レギュレータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105.3 コンデンサ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105.4 赤外線受信センサ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115.5 オペアンプ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115.6 オペアンプの構成図 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125.7 フルカラー LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125.8 抵抗器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135.9 マイコン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145.10 マイコンの構成図 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145.11 マイコンと変換基板 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145.12 マイコンへの接続 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145.13 変換基板 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155.14 プリント基板 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165.15 ピンヘッダ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165.16 ピンソケット . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165.17 入出力ピンの対応図 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175.18 トレーシングペーパーを敷いた水の容器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195.19 氷の形をしたアクリルを入れた水の容器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195.20 スチール容器の上部 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205.21 スチール容器の裏面 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205.22 照明部と水の入った容器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205.23 全体像 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20


Healing Aqua Light

5.24 利用イメージ 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215.25 利用イメージ 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

6.1 展覧会風景 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

7.1 心地良さの評価 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267.2 本作品の評価 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

D.1 回路図 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

E.1 基板設計図 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45


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表目次

D.1 使用部品一覧表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44


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